مقدمه ای بر بهینه سازی اقتصادی کاربرد کلکتورهای خورشیدی در ساختمانهای مسکونی

در عصر حاضر , جامعه بشری با چهار نیاز اساسی مواجه است که خود بطور پیچیده ای به یکدیگر مربوط هستند . این نیازها عبارتند از غذا , آب , انرژی و محیط زیست.این موضوع یادآور همان چهار عنصر اصلی است که بر مبنای فلسفه ارسطو ( که 2600سال قبل آنرا بیان کرده است , ) جهان را تشکیل داده است : خاک , آب , آتش و باد.خورشید در مدت هر 3 ثانیه انرژی حدود یک میلیارد کوادز( Quads ) آزاد می کند.بطوری که تخمین زده می شود, سالانه حدود3/2 میلیون کوادز از انرژی خورشیدی به زمین میرسد. چنانچه ما می توانستیم حتی بخش کوچکی از این انرژی را مهار کنیم , بدون شک مشکل تامین انرژی مورد نیاز جهان حل می شد. یکی از مشکلات اساسی انرژی خورشیدی آن است که پتانسیل دریافت آن روی سطح زمین بسیار کم است. با فرض آنکه خط الراس خورشید در تراز دریاباشد, انرژی خورشیدی تنها با چگالی حدود 0/1 وات بر هر سانتیمتر مربع قابل دریافت است.بنابراین, برای استحصال مقادیر ارزشمند از انرژی خورشیدی به کلکتورهایی با سطح وسیع نیازداریم, یعنی تقریباً حدود1/4 متر مربع برای هر کیلووات از انرژی گرمایی و یا 14 متر مربع برای هر کیلو وات کار , که برای این منظور از یک کنورتور با بازدهی 10 % استفاده می شود . با استفاده از برخی از دستگاههای متمرکز کننده می توان انرژی خورشیدی را متمرکز تر نمود , ولی این امرخود مستلزم وجود یک آسمان صاف و بدون ابر و یک مکانیزم پویش خورشیدی است که بتواند درطول روز مسیر و زاویه نور خورشید را ردیابی نموده و خود را با آن هماهنگ سازد .بهینه سازی ابعاد یک سیستم انرژی خورشیدی , با در نظر گرفتن سیستم انرژی سنتی وهمچنین کاهش بار انرژی ساختمان , روش پیچیده ای دارد که نیازمند بکارگیری مدلهای ریاضی واستفاده از برنامه های کامپیوتری می باشد. در اینجا تاکید بر روی تشریح مفاهیم بنیادی بهینه سازی است, اگر چه ساختار مدل بهینه سازی ریاضی برای انرژی خورشیدی نیز بایستی در نظرگرفته شود.هدف از این مقاله, معرفی و تشریح یک روش برای تعیین ابعاد اقتصادی یک سیستم انرژی خورشیدی برای کاربرد (مستقل و یا هیبرید) مفروض در ساختمانهای مسکونی است . رویگرد موردبررسی امکان آنرا فراهم می سازد که ابعاد و ظرفیت یک سیستم خورشیدی را برای تکمیل و یا جایگزینی با سیستم انرژی سنتی تعیین نموده و معیارهای صرفه جویی انرژی را که می تواند به کاهش دیماند انرژی منجر شود , پایه گذاری نمود